2020, Vol. 41
, ZHANG Ming-jun
, WANG Sheng-jie , DU Qin-qin , MA Zhuan-zhuan , GUO Rong , CAO Yan-feng
氢氧稳定同位素是水分子的重要组成部分, 被广泛用作天然示踪剂来研究不同时空尺度的水文过程, 如生态水文过程和气候水文过程等[1~4].降水作为水循环的重要组成部分, 其氢氧稳定同位素(δ2H和δ18O)包含了丰富的气候和环境信息[5~8].降水同位素不仅对不同时间尺度的气候变化响应敏感, 而且与极端天气事件有密切的联系[9].气温上升通常伴随着中高纬度地区降雨强度的增加[10, 11].夏季温暖的空气可能含有更多有利于降水的水分, 这是形成强降雨的关键因素[12, 13].单靠当地已有的水汽不能形成强降雨, 必须要有充沛的水汽源源不断地输入降雨区[14].而在不同极端降水事件中, 由于受外界诸多因素的不同影响, 同位素的变化错综复杂, 包含的信息也值得研究.在中、高纬度地区, 降水中δ2H和δ18O的变化主要受温度影响[15], 而热带地区降水量是主控因素[16].同时, 降水同位素也受气团来源、凝结高度和纬度等影响[2, 15].此外, 对于某地的次降水事件, 降水氢氧稳定同位素主要受水汽来源、水汽运移过程以及区域气象条件的影响[2, 17, 18].那么, 水汽来源的异同就是降水期间同位素值变化的原因之一[19, 20].
自1961年以来, 全球大气降水同位素监测网络(GNIP)以其月尺度和年尺度的降水氢氧稳定同位素数据受到了同位素水文领域的持续关注[8], 但是其时间分辨率较为粗略, 尚不足刻画更为细致的天气过程, 不能满足对降水稳定同位素变化机制的精细化研究需求[21].根据不同的研究目的, 在月尺度采样的基础上, 日尺度采样越来越多, 这使得对降水同位素组成基本规律及影响因素的相关研究越发深入[22, 23], 对水循环过程(降水过程、水汽来源、水汽输送等)中稳定同位素细节变化的认识也越来越详细[24, 25], 尤其是单次降水过程中稳定同位素的变化研究已成为热门话题[17, 19, 26, 27]. 1968年, Miyake[28]利用在日本东京地区采集的10组连续性降水事件样品进行研究, 发现连续性降水事件中的δ18O呈现出“上升型”、“下降型”和“稳定型”等变化趋势.更多国外学者的研究也通过不同的数据证实了类似的趋势, 并尝试从天气系统、水汽输送与近地面气象条件等方面进行解释[29~31].近年来, 国内学者对单次降水过程中稳定同位素变化也展开了研究[20, 32~34].尽管存在上述单次降水的研究, 但多数研究的样品对一次降水事件内的样品采集是随机的, 即收集降水过程中的若干样品, 规范化的样品收集有待于自动采样仪器的应用.
兰州市作为西北地区东部的主要城市之一, 位于亚洲季风边缘区[21], 是高原阻碍形成绕流气流的降水异常敏感的区域[35], 水汽来源相对复杂.在地形、城市环境与气候背景的综合作用下, 会发生强降水事件.虽然对兰州降水同位素已有监测记录, 但大都是基于月尺度、日尺度以及降水事件对兰州市降水稳定同位素的基本特征进行研究[36~38].本文利用德国Eigenbrodt公司研发的自动降水收集器(型号为NSA 181/S), 对2019年兰州市夏季单个降水事件进行短时间尺度的连续采集.本研究选取两场典型降水事件并结合HYSPLIT分析事件内连续样品的稳定同位素变化特征, 以期为深入探究降水稳定同位素变化机制提供一种全新视角.
1 研究区概况兰州市(35°34′~37°07′N, 102°35′~104°34′E之间)深居内陆, 为干旱和半干旱地区.地形复杂, 地势南部和西部高, 东北低, 黄河横穿全境, 形成峡谷和盆地相间的串珠状河谷, 平均海拔为1520 m.整体来看该区属于典型的温带大陆性气候[39], 降水量偏少, 季节性冷暖交替和干湿交替明显, 冬季寒冷干燥, 夏季高温多雨.具体表现为:多年平均气温为7.4℃, 昼夜温差大, 年均降水量310 mm, 多集中于夏季.蒸发强烈, 日照时间长.兰州市地处亚洲季风边缘区域[38], 由于其独特地理位置, 使得该区域内的水循环机制较为复杂.
2 材料与方法 2.1 样品的采集本研究的采样点位于兰州市西北师范大学新校区气象园内(图 1). 2019年夏季使用德国Eigenbrodt公司研发的自动降水收集器(型号为NSA 181/S)对降水进行连续采集.该采样器由样品收集器、感雨器和压盖驱动组成, 可对降水进行较高频次的采样.本文预先设置系统时间间隔为10 min或30 min, 当感雨器感应到雨水信号后开始采样.一个循环可连续收集16个样品, 每隔10 min或30 min会自动换瓶, 并且记录下各样品采集的起始时间、降水量等信息.气温、相对湿度等则由自动气象站进行同步观测.一个循环完成后会再次启动循环直到降水结束.每次循环完成后立即收集水样, 并装入标有序号的50 mL的HDPE塑料瓶, 拧紧后密封, 整理后当日就进行水样分析, 以最大限度减小蒸发分馏.降水期间, 如果一次降水中出现的降水间歇时间不足6 h视为一次降水过程, 间歇时间大于6 h则视为两次降水过程[40].
|
图 1 研究区及采样点位置示意 Fig. 1 Location of the study area and sampling site |
所有样品的室内处理和分析都在西北师范大学地理与环境科学学院稳定同位素实验室进行.降水样品的氢氧稳定同位素的测定采用美国ABB-Los Gatos Research公司研发的T-LWIA-45-EP型液态水同位素分析仪.为避免样品蒸发引起的同位素分馏, 本次测试环境温度为25℃左右.选用LGR3E、LGR4E和LGR5E作为参比标样, 测试的3个标样分别为: LGR3E(δ18O=-11.04‰, δ2H=-79.6‰)、LGR4E(δ18O=-7.81‰, δ2H=-49.2‰)和LGR5E(δ18O=-2.99‰, δ2H=-9.9‰).符合张自超等[41]对稳定同位素分析结果的有效位数规则.δ2H值和δ18O值的测试误差分别不超过±1‰和±0.3‰, 分析得出的δ18O和δ2H以相对于维也纳标准平均海洋水(vienna standard mean ocean water, VSMOW)的千分差值表示:
|
式中, R样品为水样中重同位素和轻同位素的比值(即同位素比率), 对δ2H和δ18O分别为2H/H和18O/16O, R标准为VSMOW中的同位素比率.
水循环过程中, 除了δ2H和δ18O的线性变化外, 还会产生一差值, 这一差值被定义为过量氘(d-excess =δ2H-8×δ18O, 记为d-excess)[22], 其主要受水汽源地的温度、湿度和风速的控制[22, 42], 环境条件的不同会使d-excess和大气水线在时间和空间上均存在明显的差异[15].
2.3 拉格朗日轨迹追踪模型本文利用美国国家海洋和大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA)大气资源实验室(Air Resources Laboratory, ARL)开发的混合单粒子拉格朗日积分轨迹模式(hybrid single-particle lagrangian integrated trajectory, HYSPLIT)结合GDAS气象数据, 对降水不同阶段内的水汽后向轨迹进行后向反演.计算采样点观测期间每次降水前10日内的降水不同高度层的气团轨迹(气团高度分为地面以上500、1000、1500、2000和2500 m共5层).由于水汽在平流层中最长停留时间是10 d左右[43, 44].因此采用10 d作为回溯日数, 即计算每次降水240 h之前降水气团轨迹, 以研究区为气团运动终点.
3 结果与讨论 3.1 典型降水事件中δ2H和δ18O的关系在全球大气降水线(global meteoric water line, GMWL)中, δ2H和δ18O的关系是δ2H=8δ18O+10[45], 而兰州市局地大气水线(local meteoric water line, LMWL)方程是δ2H=7.48δ18O+8.13[38].结合GMWL可以为局地大气降水同位素的组成提供基准, 对于研究水循环过程中稳定同位素的变化具有重要意义.根据收集的样品, 得到事件内连续降水的大气水线(sequential meteoric water line, SMWL)方程(1)和(2):
|
(1) |
|
(2) |
在两场典型降水过程中, δ2H和δ18O沿SMWL发生, 散落在SMWL上, 二者之间存在显著的线性相关关系, 连续样点大都分布在GMWL和LMWL上方, 且截距都大于局地年平均过量氘(8.13), 这说明样点在一定程度上经历了水汽再循环.
6月26~27日的降水事件, 历时29 h 42 min, 总降水量为49.2 mm, 属于典型的长历时弱降水事件[图 2(a)].第1阶段δ18O较大, 样点多数在SMWL的右上方, 同位素富集; 第2、3阶段δ18O偏负, 位于SMWL的下方, 蒸发作用变弱; 6月27日δ18O显著偏负, 位于SMWL的左下方, 说明持续降雨使大气中水汽含量趋于饱和或过饱和, 云下二次蒸发减弱.
|
图 2 典型降水事件的大气水线 Fig. 2 Meteoric water line of typical rainfall in a precipitation event |
7月28日的降水事件, 历时5 h 30 min, 总降水量达32.7 mm, 属于典型的短时强降水事件[图 2(b)].第1阶段δ18O偏正, 样点位于大气水线的右下方, 由于周围大气干热, 受二次蒸发的影响较大, 使大气水线的斜率减小; 第2阶段样点偏中间位置, δ18O主要受平衡分馏的影响; 第3阶段δ18O偏负, 样点在SMWL的左下方, 降雨接近尾声, 大气达到饱和状态, 雨滴受二次蒸发的影响变弱.同时强降水的雨滴较大, 其表面积和体积之比较小, 下降速度快, 蒸发时间短, 使得大气水线截距偏大[46].
与以往GNIP收集的月平均数据相比, 基于短时间尺度的降水稳定同位素更容易受到蒸发、温度等短期天气状况的影响[47, 48].在较小的空间尺度上, 氢和氧同位素在一次蒸发过程中由于相对湿度和温度以及二次蒸发效应而产生分馏差异[49], 出现SMWL的斜率小于8.因此, 在连续性降水事件内的样品都记录着相应时刻下的物理变化和稳定同位素的分馏速率比[46], 说明短时间尺度下更能精细真实地反映局地的综合环境特征.这也印证了降水事件内稳定同位素研究可用于评价降雨过程中较重同位素的贫化对样品蒸发的响应[46, 50].
3.2 典型降水事件中同位素的阶段性变化特征 3.2.1 典型长历时弱降水事件6月26~27日的降水事件, 随着降水的持续, 6月26日降水δ18O不断减小, 在降水量变小时达到一个平稳值, 呈“L”型趋势(图 3), 整体符合降水稳定同位素的瑞利分馏特征.根据δ18O的变化特征, 划分为3个阶段(图 3).
|
图 3 6月26~27日降水事件中δ18O、d-excess、气温、相对湿度和降水量的变化 Fig. 3 Temporal variations in precipitation δ18O, d-excess, temperature, relative humidity, and precipitation amount in June 26-27 precipitation event |
第1阶段(09:18~14:07), 降水历时4 h 49 min, 降水量为17.1 mm, 占该场降水总量的41.8%.该阶段δ18O明显偏大, 呈下降趋势, 其加权平均值为-6.53‰, d-excess值呈升高趋势.降水初期气温较高, 空气中的水汽含量少, 随后气温逐渐减小, 相对湿度增大;
第2阶段(14:08~16:50), δ18O整体呈现出先减小后增大的态势, 在-9.76‰~-7.48‰之间呈“V”型波动变化.d-excess值偏大, 在15.91‰~25.69‰之间也有明显波动.该阶段气温较低, 降水量减少, 相对湿度偏低;
第3阶段(6月26~27日16:51~01:30), 23:00以前, 气温相对稳定, δ18O变幅不大, 同位素组成几乎保持不变.d-excess值在上下波动中有所增大.而23:00以后, 降水量减小, δ18O先减小又增大, 而d-excess持续减小.
6月27日(08:18~14:07), 降水历时5 h 34 min, 降水量为8.6 mm.根据δ18O的变化特征, 划分为3个阶段(图 4).
|
图 4 6月27日降水事件中δ18O、d-excess、气温、相对湿度和降水量的变化 Fig. 4 Temporal variations in precipitation δ18O, d-excess, temperature, relative humidity, and precipitation amount in June 27 precipitation event |
第1阶段(08:18~09:20), 具有低δ18O和高d-excess, δ18O随气温的降低而降低, 而d-excess值随气温降低而增大, 与相对湿度变化趋势相同;
第2阶段(09:21~12:00), δ18O在-9.20‰~-6.74‰之间波动较大, 与d-excess呈相反趋势.其中δ18O出现一些不规则且呈短暂上升趋势, 这可能与新水汽的汇入使原降水气团中重同位素含量升高有关;
第3阶段(12:01~14:07), δ18O先减小后增加, 从-8.40‰降至-9.65‰, 出现了δ18O的低值, 表现为最大降雨强度时达到最大耗竭.d-excess值波动较小.气温有回升的趋势, 相对湿度减小.
3.2.2 典型短时强降水事件7月28日的降水事件, 随着降水的持续, 同位素值呈持续下降趋势(图 5).起初δ18O值为1.62‰, 由于重同位素的贫化, 持续降低至-8.06‰, 变化范围超过9‰, 这符合降水稳定同位素的瑞利分馏特征.根据δ18O变化特征, 划分为3个阶段(图 5).
|
图 5 7月28日降水事件中δ18O、d-excess、气温、相对湿度和降水量的变化 Fig. 5 Temporal variations in precipitation δ18O, d-excess, temperature, relative humidity, and precipitation amount in July 28 precipitation event |
第1阶段(17:50~19:19), 降水量较大, 占该场降水总量的37.2%. δ18O加权平均值为-1.77‰, 具有高δ18O和低d-excess值, 说明了高温和低湿度使雨滴从云底降落时, 更易受到云下蒸发的影响;
第2阶段(19:20~21:49), δ18O从-2.27‰持续平稳下降至-6.98‰, 加权平均值为-5.21‰. 21:30之前, d-excess平稳变化, 之后突然减小为14.21‰, 其间气温呈平稳变化, 相对湿度略有升高;
第3阶段(21:50~23:19), δ18O变幅很小, 是δ18O的低值区, 而d-excess值逐渐增大.该阶段降水强度逐渐变弱, 气温偏低, 相对湿度很大.该场降水由于起初降雨强度较大, 造成周围空气相对湿度快速升高, 大气很快趋于饱和, 使得降雨过程中蒸发变小, 水汽循环较慢, 因此δ18O无明显的波动, 而是呈持续平稳下降趋势.
一般而言, 研究尺度越小, 研究的问题也越精细. 6月26~27日的降水事件中, 6月26日的降水量(40.7 mm)要明显大于6月27日(8.6 mm), 而第2 d降水的δ18O(-8.96‰)要比第1 d偏负(-7.72‰), 这与相关研究的结果类似[51].这一现象与降雨量效应相反, 说明降水量的大小并不是影响降水中18O含量变化的决定性因素, 降雨量效应很可能只是一种外部表现形式[52].对于连续2 d降水的同位素组成, 第2 d的降水事件很可能受前一天降水过程中同位素分馏作用的影响.这可能就是为什么在连续2 d的降水事件中, δ18O的变化不遵循降水量效应的原因. 7月28日的降水过程中, 初始阶段18O较为富集, 云团中重同位素不断凝结降落, 降水中18O逐渐贫化, δ18O呈平稳下降趋势.所以, 在某些降雨事件中, δ18O没有与当地降雨量显著相关, 同位素组成的变化可能与降水过程的变化有关, 并且会对水汽来源的变化有快速地响应[20, 51].
3.3 典型降水事件中同位素与水汽输送关系 3.3.1 典型长历时弱降水事件图 6分别为6月26~27日不同时刻水汽来源模拟结果.在09:00, 1500 m高度处与纬度方向大致平行的西风带, 水汽路径较长, 水汽较稳定, 气团干燥, 沿途发生的降水事件少, 使得δ18O值(-5.1‰)偏高. 500 m和1000 m高度, 来自中高纬度的大陆性水汽, 其输送距离远, 温度低, 蒸发较弱, 降水中的重同位素不断贫化, δ18O值降低, d-excess值逐渐升高[53]. 2000 m和2500 m高度, 来自孟加拉湾的水汽主要沿经线方向输送, 水汽含量丰富, 输送距离长, 沿途经历了多次降水过程, 水汽团中的重同位素不断贫化[49, 54], 造成δ18O快速下降. 16:00水汽来自中高纬度内陆地区, δ18O值持续减小.与09:00相比, 500 m和1000 m高度的水汽来源变化最明显, 此时, 同位素值出现最低值.在21:30, 500 m和1000 m水汽输送路径显著变短; 2500 m高度, 水汽变为局地大陆水汽, δ18O值比第2阶段高.在24:00, 1500 m和2500 m高度的水汽路径变短, 降水量减小, 同位素值减小, 再次出现低值.
|
图 6 6月26日降水事件不同时刻水汽来源 Fig. 6 Moisture source at different times of June 26 precipitation event |
图 7分别为6月27日不同时刻水汽来源模拟结果.在08:20, 500 m高度水汽输送为偏西方向, 路径较短; 1000、1500和2000 m高度来自中高纬度的大陆性水汽, 输送路径也较短, 使剩余水汽中δ18O值偏高, d-excess值较大.在09:20和11:00, 500 m高度的水汽输送路径明显变长, 经过长距离的输送, 携带水汽中重同位素不断贫化.在13:00, 1000 m高度的水汽来源方向变为西北方向, 路径变长, 经过长途输送, 携带水汽少, 同位素值出现低值.上述不同时刻的水汽来源, 除500 m高度外, 在其它高度层局地大陆水汽以不同方向输送至兰州市, 由于局地水汽蒸发的影响, 同位素值一直处于波动状态.
|
图 7 6月27日降水事件不同时刻水汽来源 Fig. 7 Moisture source at different times of June 27 precipitation event |
6月26日相比27日, 500 m高度层水汽输送路径整体较短, 造成27日降水δ18O值比26日偏负, 这与上述同位素变化相符.而6月27日(08:18~14:04), 除500 m高度外, 在不同高度层以局地内陆水汽输送为主, 使得降水同位素的波动变化明显.因而, 对于一场降水来说, 不同时刻水汽输送表现不同, 会造成降水同位素特征具有明显差异.所以降水的水汽来源与水汽团运移过程中稳定同位素的分馏程度都是影响降水中δ18O变化的决定性因素.
3.3.2 典型短时强降水事件图 8分别为7月28日不同时刻水汽来源模拟结果. 18:00、19:00和21:00, 在500、1000和1500 m高度都是局地大陆水汽, 由于局地蒸发, 重同位素富集, 初始阶段δ18O偏高, 随着降雨持续进行, 重同位素不断贫化, 造成同位素值减小.而2000 m和2500 m高度, 水汽输送变化不明显. 23:00降水接近尾声, 500、1000和1500 m高度, 水汽均来自西北方向的大陆性水汽, 水汽输送路径较长, 途经干旱地区, 水汽补充较少, 降水量明显减少, 剩余降水中δ18O偏低, 这与水汽来源的变化是有联系的.
|
图 8 7月28日降水事件不同时刻水汽来源 Fig. 8 Moisture source at different times of July 28 precipitation event |
7月28降水在不同阶段水汽输送的结果反映出局地大陆水汽和西向水汽共同作用导致降水同位素的变化.整场降水的同位素值呈平稳下降趋势, 说明水汽来源变化不明显, 气团较单一, 在强对流作用下, 不断形成降水, 气团中的重同位素不断贫化, 后期d-excess值变小并且富含轻同位素, 这符合该场降水的同位素变化特征.
综上可知, 两场典型连续降水事件不同时段水汽来源有差异, 但整体反映出西向水汽、高纬度大陆水汽和局地水汽循环的共同作用导致了降水同位素的变化.在500 m和1000 m高度, 水汽输送轨迹变化较明显.在一些降水事件中尽管有相似的水汽来源, 事件内的同位素的变化特征也有明显差异.因此, 通过了解单个降水事件的短时尺度变化不仅可以揭示长期平均所掩饰的现象, 还对局地小气候和水分循环过程具有很重要的指示意义.
4 结论(1) 两场典型降水事件中δ2H和δ18O之间具有显著线性关系, 受二次蒸发的影响, 事件内连续降水的大气水线(SMWL)斜率都小于8;连续样点大都分布在GMWL和LMWL上方, 且SMWL的截距都大于局地年平均过量氘(8.13), 这说明样点在一定程度上经历了水汽再循环.
(2) 6月26~27日连续两天的降水事件中, δ18O不遵循降雨量效应. 6月26日降水量要明显大于27日, 降水中δ18O呈“L”型变化; 而在27日δ18O值更偏负, 波动变化较大. 7月28日, δ18O呈持续平稳下降趋势.两场降水事件内d-excess的变化与δ18O的变化趋势相反.
(3) 单次降水事件内不同阶段水汽输送的结果反映出同位素的差异. 6月26日相比27日, 500 m高度层水汽输送路径整体较短, 使27日降水δ18O值比26日的要偏负. 7月28日整场降水水汽来源变化不明显且气团较单一, δ18O持续减小无明显波动.说明对于同一场降水来说, δ18O变化除了受水汽运移过程中同位素分馏程度的影响, 水汽来源不同也会造成降水同位素发生变化.
| [1] | Zhao L J, Xiao H L, Zhou M X, et al. Factors controlling spatial and seasonal distributions of precipitation δ18O in China[J]. Hydrological Processes, 2012, 26(1): 143-152. DOI:10.1002/hyp.8118 |
| [2] | Crawford J, Hughes C E, Parkes S D. Is the isotopic composition of event based precipitation driven by moisture source or synoptic scale weather in the Sydney Basin, Australia?[J]. Journal of Hydrology, 2013, 507: 213-226. DOI:10.1016/j.jhydrol.2013.10.031 |
| [3] | Zhang M J, Wang S J. A review of precipitation isotope studies in China:basic pattern and hydrological process[J]. Journal of Geographical Sciences, 2016, 26(7): 921-938. DOI:10.1007/s11442-016-1307-y |
| [4] |
汪少勇, 王巧丽, 吴锦奎, 等. 长江源区降水氢氧稳定同位素特征及水汽来源[J]. 环境科学, 2019, 40(6): 2615-2623. Wang S Y, Wang Q L, Wu J K, et al. Characteristics of stable isotopes in precipitation and moisture sources in the headwaters of the Yangtze River[J]. Environmental Science, 2019, 40(6): 2615-2623. |
| [5] | Araguás-Araguás L, Froehlich K, Rozanski K. Deuterium and oxygen-18 isotope composition of precipitation and atmospheric moisture[J]. Hydrological Processes, 2000, 14(8): 1341-1355. DOI:10.1002/1099-1085(20000615)14:8<1341::AID-HYP983>3.0.CO;2-Z |
| [6] | Xie L H, Wei G J, Deng W F, et al. Daily δ18O and δD of precipitations from 2007 to 2009 in Guangzhou, South China:implications for changes of moisture sources[J]. Journal of Hydrology, 2011, 400(3-4): 477-489. DOI:10.1016/j.jhydrol.2011.02.002 |
| [7] | Ren W, Yao T D, Xie S Y, et al. Controls on the stable isotopes in precipitation and surface waters across the southeastern Tibetan Plateau[J]. Journal of Hydrology, 2017, 545: 276-287. DOI:10.1016/j.jhydrol.2016.12.034 |
| [8] | Tian C, Wang L X, Kaseke K F, et al. Stable isotope compositions (δ2 H, δ18O and δ17 O) of rainfall and snowfall in the central United States[J]. Scientific Reports, 2018, 8(1): 6712. DOI:10.1038/s41598-018-25102-7 |
| [9] | Xu T, Sun X S, Hong H, et al. Stable isotope ratios of typhoon rains in Fuzhou, Southeast China, during 2013-2017[J]. Journal of Hydrology, 2019, 570: 445-453. DOI:10.1016/j.jhydrol.2019.01.017 |
| [10] | Meehl G A, Arblaster J M, Tebaldi C. Understanding future patterns of increased precipitation intensity in climate model simulations[J]. Geophysical Research Letters, 2005, 32(18): L18719. |
| [11] |
马京津, 李书严, 王冀. 北京市强降雨分区及重现期研究[J]. 气象, 2012, 38(5): 569-576. Ma J J, Li S Y, Wang J. The study of Beijing's rainstorm division and its return periods[J]. Meteorological Monthly, 2012, 38(5): 569-576. |
| [12] | Chang C B. A case study of excessive rainfall forecasting[J]. Meteorology and Atmospheric Physics, 1998, 66(3-4): 215-227. DOI:10.1007/BF01026634 |
| [13] | Romero Y L, Bessembinder J, Van de Giesen N C, et al. A relation between extreme daily precipitation and extreme short term precipitation[J]. Climatic Change, 2011, 106(3): 393-405. |
| [14] |
孙军, 谌芸, 杨舒楠, 等. 北京721特大暴雨极端性分析及思考(二)极端性降水成因初探及思考[J]. 气象, 2012, 38(10): 1267-1277. Sun J, Chen Y, Yang S N, et al. Analysis and thinking on the extremes of the 21 July 2012 torrential rain in Beijing part Ⅱ:preliminary causation analysis and thinking[J]. Meteorological Monthly, 2012, 38(10): 1267-1277. DOI:10.7519/j.issn.1000-0526.2012.10.013 |
| [15] | Jouzel J, Delaygue G, Landais A, et al. Water isotopes as tools to document oceanic sources of precipitation[J]. Water Resources Research, 2013, 49(11): 7469-7486. DOI:10.1002/2013WR013508 |
| [16] | Landais A, Risi C, Bony S, et al. Combined measurements of17 Oexcess and d-excess in African monsoon precipitation:implications for evaluating convective parameterizations[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2010, 298(1-2): 104-112. DOI:10.1016/j.epsl.2010.07.033 |
| [17] |
胡月, 刘国东, 孟玉川, 等. 成都次降水稳定氢氧同位素特征及水汽来源分析[J]. 环境科学, 2019, 40(3): 1179-1187. Hu Y, Liu G D, Meng Y C, et al. Analysis of stable hydrogen and oxygen isotope characteristics and vapor sources of event-based precipitation in Chengdu[J]. Environmental Science, 2019, 40(3): 1179-1187. |
| [18] | Sun C J, Shanahan T M, Partin J. Controls on the isotopic composition of precipitation in the south-central United States[J]. Journal of Geophysical Research:Atmospheres, 2019, 124(14): 8320-8335. DOI:10.1029/2018JD029306 |
| [19] | Munksgaard N C, Wurster C M, Bass A, et al. Extreme short-term stable isotope variability revealed by continuous rainwater analysis[J]. Hydrological Processes, 2012, 26(23): 3630-3634. DOI:10.1002/hyp.9505 |
| [20] | Li J, Tao T, Pang Z H, et al. Identification of different moisture sources through isotopic monitoring during a storm event[J]. Journal of Hydrometeorology, 2015, 16(4): 1918-1927. DOI:10.1175/JHM-D-15-0005.1 |
| [21] |
陈粉丽.基于大气降水稳定同位素的兰州市水循环研究[D].兰州: 西北师范大学, 2016. 2-6. Chen F L. Water cycle research in Lanzhou City based on stable isotope in precipitation[D]. Lanzhou: Northwest Normal University, 2016. 2-6. |
| [22] | Dansgaard W. Stable isotopes in precipitation[J]. Tellus, 1964, 16(4): 436-468. DOI:10.3402/tellusa.v16i4.8993 |
| [23] |
徐秀婷, 贾文雄, 朱国锋, 等. 乌鞘岭南、北坡降水稳定同位素特征及水汽来源对比[J]. 环境科学, 2020, 41(1): 155-165. Xu X T, Jia W X, Zhu G F, et al. Stable isotope characteristics and vapor source of precipitation in the south and north slopes of Wushaoling Mountain[J]. Environmental Science, 2020, 41(1): 155-165. |
| [24] | Yamanaka T, Tsujimura M, Oyunbaatar D, et al. Isotopic variation of precipitation over eastern Mongolia and its implication for the atmospheric water cycle[J]. Journal of Hydrology, 2007, 333(1): 21-34. |
| [25] | Iqbal M Z. Short-term variability in isotopic composition of precipitation:a case study from the Midwestern United States[J]. Hydrological Processes, 2008, 22(23): 4609-4619. DOI:10.1002/hyp.7066 |
| [26] | Coplen T B, Neiman P J, White A B, et al. Extreme changes in stable hydrogen isotopes and precipitation characteristics in a landfalling Pacific storm[J]. Geophysical Research Letters, 2008, 35(21): L21808. DOI:10.1029/2008GL035481 |
| [27] | Barras V J I, Simmonds I. Synoptic controls upon δ18O in southern Tasmanian precipitation[J]. Geophysical Research Letters, 2008, 35(2): L02707. |
| [28] | Miyake Y, Matsubaya O, Nishihara C, et al. An isotopic study on meteoric precipitation[J]. Papers in Meteorology and Geophysics, 1968, 19(2): 243-266. DOI:10.2467/mripapers1950.19.2_243 |
| [29] | Celle-Jeanton H, Gonfiantini R, Travi Y, et al. Oxygen-18 variations of rainwater during precipitation:application of the Rayleigh model to selected rainfalls in Southern France[J]. Journal of Hydrology, 2004, 289(1-4): 165-177. DOI:10.1016/j.jhydrol.2003.11.017 |
| [30] | Risi C, Bony S, Vimeux F. Influence of convective processes on the isotopic composition (δ18O and δD) of precipitation and water vapor in the tropics:2. physical interpretation of the amount effect[J]. Journal of Geophysical Research:Atmospheres, 2008, 113(D19): D19306. |
| [31] | Muller C L, Baker A, Fairchild I J, et al. Intra-event trends in stable isotopes:exploring midlatitude precipitation using a vertically pointing micro rain radar[J]. Journal of Hydrometeorology, 2015, 16(1): 194-213. DOI:10.1175/JHM-D-14-0038.1 |
| [32] |
薛积彬, 钟巍, 谢丽纯, 等. 短时间尺度下降水中稳定同位素变化特征及其意义[J]. 华南师范大学学报(自然科学版), 2012, 44(3): 120-127. Xue J B, Zhong W, Xie L C, et al. Isotopic variations of precipitation in Guangzhou and its implications at short-time scales[J]. Journal of South China Normal University (Natural Science Edition), 2012, 44(3): 120-127. |
| [33] |
陶涛, 谭明, 段武辉. 最短时间尺度环流效应:单场降水δ18O对复合水汽来源的示踪[J]. 第四纪研究, 2013, 33(3): 615-617. Tao T, Tan M, Duan W H. Circulation effect on the shortest time scale:multiple water sources traced by δ18O during single precipitation event[J]. Quaternary Sciences, 2013, 33(3): 615-617. DOI:10.3969/j.issn.1001-7410.2013.03.24 |
| [34] |
宋献方, 唐瑜, 张应华, 等. 北京连续降水水汽输送差异的同位素示踪[J]. 水科学进展, 2017, 28(4): 488-495. Song X F, Tang Y, Zhang Y H, et al. Using stable isotopes to study vapor transport of continuous precipitation in Beijing[J]. Advances in Water Science, 2017, 28(4): 488-495. |
| [35] |
姜兵.西北地区东部水汽输送特征及其与降水的关系[D].南京: 南京信息工程大学, 2017. 1-3. Jiang B. Characteristics of summer water vapor transport in the Eastern Northwest China and their relationship with precipitation[D]. Nanjing: Nanjing University of Information Science & Technology, 2017. 1-3. |
| [36] |
张明军, 马潜, 李亚举, 等. 季风边缘区降水中δ18O变化特征及水汽来源分析——以兰州市为例[J]. 西北师范大学学报(自然科学版), 2011, 47(6): 80-86, 93. Zhang M J, Ma Q, Li Y J, et al. Research of isotopic characteristic in precipitation and water vapor origin at the edge of monsoon region-a case study of Lanzhou City[J]. Journal of Northwest Normal University (Natural Science), 2011, 47(6): 80-86, 93. DOI:10.3969/j.issn.1001-988X.2011.06.016 |
| [37] | Ma Q, Zhang M J, Wang S J, et al. An investigation of moisture sources and secondary evaporation in Lanzhou, Northwest China[J]. Environmental Earth Sciences, 2014, 71(8): 3375-3385. DOI:10.1007/s12665-013-2728-x |
| [38] |
陈粉丽, 张明军, 马潜, 等. 兰州及其周边区域大气降水δ18O特征及其水汽来源[J]. 环境科学, 2013, 34(10): 3755-3763. Chen F L, Zhang M J, Ma Q, et al. Characteristics of δ18O in precipitation and water vapor sources in Lanzhou City and its surrounding area[J]. Environmental Science, 2013, 34(10): 3755-3763. |
| [39] |
党瑜. 生态环境退化对兰州城市气候的影响[J]. 西北大学学报(自然科学版), 2004, 34(3): 355-358. Dang Y. The environmental degeneration has influence on the climate of Lanzhou area[J]. Journal of Northwest University (Natural Science Edition), 2004, 34(3): 355-358. DOI:10.3321/j.issn:1000-274X.2004.03.028 |
| [40] | Huff F A. Time distribution of rainfall in heavy storms[J]. Water Resources Research, 1967, 3(4): 1007-1019. |
| [41] |
张自超, 丁悌平. 关于同位素地质测试数据的数据处理及结果表示[J]. 岩矿测试, 2000, 19(1): 77-79. Zhang Z C, Ding T P. Data processing and expression for analytical results in isotope geology[J]. Rock and Mineral Analysis, 2000, 19(1): 77-79. DOI:10.3969/j.issn.0254-5357.2000.01.015 |
| [42] | Benetti M, Reverdin G, Pierre C, et al. Deuterium excess in marine water vapor:dependency on relative humidity and surface wind speed during evaporation[J]. Journal of Geophysical Research:Atmospheres, 2014, 119(2): 584-593. DOI:10.1002/2013JD020535 |
| [43] | Trenberth K E. Atmospheric moisture residence times and cycling:implications for rainfall rates and climate change[J]. Climatic Change, 1998, 39(4): 667-694. |
| [44] | Gat J R. Atmospheric water balance-the isotopic perspective[J]. Hydrological Processes, 2000, 14(8): 1357-1369. DOI:10.1002/1099-1085(20000615)14:8<1357::AID-HYP986>3.0.CO;2-7 |
| [45] | Craig H. Isotopic variations in meteoric waters[J]. Science, 1961, 133(3465): 1702-1703. DOI:10.1126/science.133.3465.1702 |
| [46] | Managave S R, Jani R A, Rao T N, et al. Intraevent isotope and raindrop size data of tropical rain reveal effects concealed by event averaged data[J]. Climate Dynamics, 2015, 47(3-4): 981-987. |
| [47] |
温艳茹, 王建力. 重庆地区大气场降水中氢氧同位素变化特征及与大气环流的关系[J]. 环境科学, 2016, 37(7): 2462-2469. Wen Y R, Wang J L. Variations of stable isotope in precipitation and its atmospheric circulation effect in Chongqing[J]. Environmental Science, 2016, 37(7): 2462-2469. |
| [48] | He S N, Goodkin N F, Kurita N, et al. Stable isotopes of precipitation during tropical Sumatra Squalls in Singapore[J]. Journal of Geophysical Research:Atmospheres, 2018, 123(7): 3812-3829. DOI:10.1002/2017JD027829 |
| [49] |
李广, 章新平, 许有鹏, 等. 滇南蒙自地区降水稳定同位素特征及其水汽来源[J]. 环境科学, 2016, 37(4): 1313-1320. Li G, Zhang X P, Xu Y P, et al. Characteristics of stable isotopes in precipitation and their moisture sources in Mengzi Region, Southern Yunnan[J]. Environmental Science, 2016, 37(4): 1313-1320. |
| [50] | Koehler G. Snow gauge undercatch and its effect on the hydrogen and oxygen stable isotopic composition of precipitation[J]. Isotopes in Environmental and Health Studies, 2019, 55(4): 404-418. DOI:10.1080/10256016.2019.1618853 |
| [51] | Li G, Zhang X P, Xu Y P, et al. Synoptic time-series surveys of precipitation δ18O and its relationship with moisture sources in Yunnan, Southwest China[J]. Quaternary International, 2017, 440: 40-51. DOI:10.1016/j.quaint.2016.03.014 |
| [52] |
李广, 章新平, 张立峰, 等. 长沙地区不同水体稳定同位素特征及其水循环指示意义[J]. 环境科学, 2015, 36(6): 2094-2101. Li G, Zhang X P, Zhang L F, et al. Stable isotope characteristics in different water bodies in Changsha and implications for the water cycle[J]. Environmental Science, 2015, 36(6): 2094-2101. |
| [53] |
冯芳, 李忠勤, 金爽, 等. 天山乌鲁木齐河流域山区降水δ18O和δD特征及水汽来源分析[J]. 水科学进展, 2013, 24(5): 634-641. Feng F, Li Z Q, Jin S, et al. Characteristics of δ18O and δD in precipitation and its water vapor sources in the upper Urumqi River basin, eastern Tianshan[J]. Advances in Water Science, 2013, 24(5): 634-641. |
| [54] | Tang Y, Pang H, Zhang W, et al. Effects of changes in moisture source and the upstream rainout on stable isotopes in precipitation-a case study in Nanjing, Eastern China[J]. Hydrology and Earth System Sciences, 2015, 19(10): 4293-4306. DOI:10.5194/hess-19-4293-2015 |